为什么有很多人会认为量子理论基础还很不完善?

bdqnwqk4个月前基础13

谢邀,其实量子理论基础还不完善的原因,是因为人们还不知道量子力学是什么。

人类研究量子力学已经100多年了,得到了很多实用且大部分被认为是正确的结论和公式,但是人类仍然不知道量子力学是什么,更准确的说是它的原理。

要想回答这个问题,我们要先看看量子力学是怎么来的。为此,我特意翻出了尘封多年(三年)的大学物理教材,跟大家说说量子物理这玩意到底是怎么来的。

在此插播一条广告:下文太长太复杂,时间或脑容量不足的孩子们请直接拉到最后看结语,虽然我估计你们直接看的话是看不懂的。

话说100多年前啊,有一批闲的蛋疼的科学家在研究一种叫黑体辐射的东西。关于这个黑体辐射是啥大家没必要知道,反正它就是一种电磁波。当时物理学界遇到了一个难题:他们找不到一个可以正确描述黑体辐射的公式。有两个人用已知的公式推导出了两个公式,这两个公式一个在低频区域可用,一个在高频区域可用,可是在另外的区域就有重大偏差。这个事折磨了那帮老头子好久,后来,终于有一个叫普朗克(不是船长)的人找出了一个正确公式,其公式如下:

是的,我知道你看不懂,因为我也看不懂,看懂了我也记不住。这不要紧,要紧的是特么考试还要考它。

他能弄出来这个公式并不是因为他比其他物理学得更透彻更牛逼,这个公式不是他推导出来的。

不是他推导出来的,那是怎么出来的?都选C懵出来的?

恭喜你答对了,他就是懵出来的。

其实猜测这个事在物理学是一个很正常的现象,万有引力定律(经典物理)也是牛顿根据“苹果事件”懵出来的。不过后来人们对它加以完善,改进,使其能够被解释,能够应用于各种场合,能够化身考题折磨百万高考生一年又一年。懵得对了,你就是物理新世界的哥伦布,是牛顿,是爱因斯坦,是伽利略。懵错了,你就是亚里士多德。

跑题了,我们回到不是船长的普朗克身上。他之所以能懵出来,是因为他“绝望的”“不惜代价的”(普朗克自己说的)提出了“量子能量化”的假设。即能量是不连续的,是由一个个“能量子”组成的。这是物理学上第一次提出“量子的概念”,此时的时间为1900年。

这个概念提出来后很快就被证明是正确的,因为它可以解释很多当时的“未解之谜”,且找不到任何反例。

但是!这个概念和之前的黑体辐射一样,根本不能从经典物理推导出来,而普朗克本人在11年后,才终于不得不承认(好像你很不高兴似的),自己的成果是一个全新的,基础的,跟之前的经典物理无关的新概念。

受到他的启发,人们开始意识到经典物理的“连续断续”,“波和粒子”的概念已经被完全打破了。因为能量在人们看来本应是完全连续的,1905年爱因斯坦发表论文,认为光(即电磁波,在经典物理中已经被盖棺定论是一种波动)也是粒子。他将其命名为光子,并且推导出了光子的质量,动量等粒子特有的物理概念。从此以后,人们得出了一个新的结论:波都具有粒子性。

1924年,一个叫德布罗意的研究生一拍脑门突然想到:既然波都有粒子性,那么粒子是不是也都有波动性呢(之前的人都干什么去了),于是他就连推带懵,弄出了一个德布罗意公式:

粒子的波长=一个常数/动量。没错后来也被证明是正确的,不然我也不能拿出来跟你说。

我们已经越来越往现代人们对量子力学的理解(神话)发展了,粒子是波,而波是有穿透性的,两个人互相说话,两个人的声波会穿透彼此到达对方的耳朵,而不会出现一个声波把另一个“怼回去”的现象。那么问题来了,人是由分子组成的,分子是粒子,粒子有波动性,波有穿透性,为啥两个人不能互相穿透呢?

因为德布罗意波(又被成为物质波)其实是一种概率波,它表述了粒子在各处被发现的概率。也就是说,在微观上,组成你的每一个粒子都有可能存在于波上任何一个位置,甚至可能在你身体外部,只不过这个概率非常非常的小。而越靠近波的中心,它存在的概率越大。在宏观上来看,粒子就组成了一个稳定的,不会突然穿透各种东西的物质了。这是一种大的数量导致概率变成实际的过程,举个例子:一条河从山上流入大海,河里的每一个水分子都有一定的概率被动物喝下去,被人抽走,渗入土壤,或者流向大海。由于宏观上的数量太多,导致这种微观的“可能”变成了“固定”,即河水一定是大部分流入大海,一部分被人抽走,一部分渗入土壤,少部分被动物喝掉。

这种新的观点虽然违背于过去“有且只有一个解”的经典物理,但是还是被大众所接受和肯定。反对的声音当然也是有的,最著名的就是爱因斯坦的“上帝并不是跟宇宙玩掷骰子游戏”,他认为“不确定性的物理实质是站不住脚的,将来对物理实在的认识达到一个层次时”,会有新的解释推翻概率说。“新的解释”物理学界公认是一定存在的,但是是否与概率说相矛盾还不好说,因为人们至今还没有发现它,所以,物理学界就把概率说当成是现在正确的解释。

能够忍受上面长篇大论的读者,相信都是对物理学感兴趣的人了。我相信大家也能看出来,为什么说量子力学是缺乏基础理论的了。它的整个诞生和发展,都是基于猜测,且至今无法解释。虽然用大量的数据证明是正确的(在科学界一个假说如果可以解释之前一切相关的问题,且找不出反例,就被认为是正确的),但是人们还是说不清楚它到底是因为什么。

最后用量子力学大师狄拉克的话来做结语:“在我看来,我们还没有量子力学的基本定律,目前还在使用的定律需要作重要的修改……。当我们作出这样剧烈的修改后,当然,我们用统计计算对理论作出物理解释的观念可能会被彻底的改变。”

PS:如果有想学理工科的同学,请记住上面第2个公式的h=6.6260755*10^-34,没错这个常数是无数个要背要考的常数之一。所以说学文学理你自己掂量着办吧